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WO2022002979A1 - Système de captation chimique à étalonnage intégré et procédé d'utilisation d'un tel système - Google Patents

Système de captation chimique à étalonnage intégré et procédé d'utilisation d'un tel système Download PDF

Info

Publication number
WO2022002979A1
WO2022002979A1 PCT/EP2021/067920 EP2021067920W WO2022002979A1 WO 2022002979 A1 WO2022002979 A1 WO 2022002979A1 EP 2021067920 W EP2021067920 W EP 2021067920W WO 2022002979 A1 WO2022002979 A1 WO 2022002979A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
sensor
gas mixture
interior volume
calibrated
chamber
Prior art date
Application number
PCT/EP2021/067920
Other languages
English (en)
Inventor
Ivan ROMANYTSIA
Original Assignee
Rubix S&I
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Rubix S&I filed Critical Rubix S&I
Priority to US18/000,867 priority Critical patent/US20230213491A1/en
Priority to EP21737453.7A priority patent/EP4176255B1/fr
Publication of WO2022002979A1 publication Critical patent/WO2022002979A1/fr

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    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A50/00—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE in human health protection, e.g. against extreme weather
    • Y02A50/20—Air quality improvement or preservation, e.g. vehicle emission control or emission reduction by using catalytic converters

Definitions

  • the present invention relates to the field of chemical capture systems with integrated calibration and the use of such systems.
  • a chemical sensor 100 is configured to measure a physical signal C, such as the concentration, of one or more chemical compound (s) 60, 61 of a gas mixture 6, depending on its sensitivity.
  • a chemical sensor 100 In known manner, a chemical sensor 100 must be calibrated before its first use. For this, the chemical sensor 100 is placed in several standard media corresponding to known gas mixtures whose concentrations are known. The difference between the concentration C measured by the chemical sensor 100 and the actual chemical compound concentration of each standard medium is corrected by modifying the conversion function f of the chemical sensor 100 in order to reduce this difference.
  • the response of a chemical sensor 100 drifts during use, especially when the chemical sensor 100 is in the form of a semiconductor sensor or an electrochemical sensor. More precisely, for an identical gas mixture 6, the measuring element 101 of the chemical sensor 100 emits a different electrical signal U as it is used.
  • the measuring element 101 comprises a layer of metal oxide heated by a heating element, on which are fixed. the chemical compounds 60, 61 of the gas mixture 6, this phenomenon being known under the term “adsorption”.
  • the measuring element 101 further comprises measuring electrodes configured to emit an electrical signal U corresponding to an electrical conductivity of the metal oxide layer.
  • the adsorption of chemical compounds 60, 61 clogs the pores of the metal oxide layer, which modifies the electrical signal U emitted.
  • Such a sensor 100 must thus be regularly calibrated so that the measured concentration C remains reliable and precise.
  • the calibration is carried out by adjusting the conversion function f so that it takes into account the drift of the electric signal U in the calculation of the concentration C.
  • This requires quantifying the drift of the electric signal U, which is carried out by placing the sensor 100 in several standard media and by measuring the difference between the concentration C measured by the chemical sensor 100 and the actual concentration of chemical compounds of each standard medium.
  • Such a calibration during the life of the sensor 100 requires uninstalling and then reinstalling the sensor 100 in contact with the gas mixture 6, which is costly in terms of time and resources.
  • a distorted concentration C can be measured without knowing it.
  • an integrated calibration ozone capture system comprising a chamber as well as an electrochemical ozone sensor and an ozone generator placed in the chamber.
  • the chamber is open so as to guide the gas mixture whose ozone concentration is to be measured towards the sensor.
  • the chamber is closed and the ozone remaining in the chamber is broken down by contact with the walls of the chamber.
  • the ozone generator is then configured to emit a known concentration of ozone into the closed chamber which is measured by the electrochemical sensor. The difference between the ozone concentration measured by the electrochemical sensor and emitted by the ozone generator allows the sensor to be calibrated.
  • Such a system advantageously makes it possible to carry out the calibration without moving the sensor.
  • VOC volatile organic compounds
  • the invention thus aims to eliminate at least some of the cited drawbacks associated with the calibration of a chemical sensor.
  • the invention it is possible to use a chemical sensing system to perform two functions, namely to measure a gas mixture and to calibrate a chemical sensor.
  • Such an internal calibration of the sensor within the chemical capture system avoids human manipulation to move the sensor in known standard media to carry out the calibration, which is more practical and faster, such manipulation also having to be repeated regularly.
  • the calibration is also carried out using innovative measuring means, and in particular the photoionization sensor, which limits the size and cost of the chemical capture system. More precisely, the photoionization sensor making it possible to complete the measurement of the sensor to be calibrated during a measurement step, is judiciously used according to a second function as an ozone generator during a calibration step, by photoionizing the dioxygen naturally present in the air.
  • the photoionization sensor makes it possible, in addition to its sensor function, to create in the closed interior volume a known calibration medium with a certain quantity of ozone in order to calibrate the sensor to be calibrated, that is to say a predetermined calibration concentration.
  • a photoionization sensor is reliable because it is not subject to drift.
  • the implementation of the calibration step following a measurement step, and vice versa, is moreover simple and fast, governed by the control device which moves the closure member from the open position to the closed position, and vice versa.
  • the system comprising at least one device for eliminating the gas mixture in the interior volume, during the calibration step, the device for eliminating the gaseous mixture which may remain in the interior volume before the generation of 'ozone.
  • the device for eliminating the gas mixture advantageously makes it possible to carry out the calibration step at any time, in the presence or absence of a gas mixture, by eliminating it in a preliminary manner.
  • the chamber comprising at least one inlet opening and at least one outlet opening
  • the capture system comprising at least one ventilation member mounted in the chamber, preferably at the level of the outlet opening, and at least one member for filtering the gas mixture mounted movably at the level of the inlet opening between a deployed position and a retracted position and forming with the ventilation member the device for eliminating the gas mixture
  • the elimination of the gas mixture during the calibration step is implemented in the internal volume opened by the control device by jointly controlling the movement of the filtering member in the deployed position and the activation of the member ventilation, so as to prevent the admission of gas mixture into the open interior volume and to evacuate any residual gas mixture out of the open interior volume.
  • the photoionization sensor forming the device for eliminating the gas mixture is implemented in the internal volume closed by the sensor to photoionization by emitting ultraviolet rays configured, on the one hand, to generate ozone by photoionization of the dioxygen present in order to react by ozonolysis with the gaseous mixture possibly remaining in the closed interior volume, and on the other hand, to photoionize said gas mixture.
  • Such elimination of the gas mixture in the closed interior volume of the chamber advantageously uses the photoionization sensor according to a third function of a device for eliminating the gas mixture, in addition to its first function of measurement sensor and its second function of ozone generator. .
  • Such removal from the gas mixture is also efficient and rapid, by the combined action of ozonolysis and photoionization.
  • the photoionization sensor makes it possible to eliminate the gas mixture in two ways via the ultraviolet rays that it emits: mainly indirectly by generating ozone which reacts with the gas mixture by ozonolysis, and in a minority of d 'a direct way by photoionization of the gas mixture.
  • the gas mixture thus removed by photoionization and ozonolysis is advantageously not detected by the sensor to be calibrated.
  • the first physical measurement signal and the second physical measurement signal are measured simultaneously.
  • concentration of the gas mixture can change over time, this ensures that the gas mixture measured by the sensor to be calibrated and the photoionization sensor is identical, and therefore that their measurements can be crossed to identify the gas mixture accurately and reliably. one (or more) given instant (s).
  • such an initialization period makes it possible to determine a physical reference signal forming a reliable and precise comparison source for the physical calibration signal.
  • the physical reference signal is measured when the sensor to be calibrated is considered valid.
  • the physical reference signal is of the same nature as the physical calibration signal, in particular measured in the same medium - the closed internal volume of the chamber being free of the gas mixture to be measured and comprising ozone in known concentration and identical, and by the same measuring device - the sensor to be calibrated.
  • the elimination device removes any gaseous mixture that may remain in the interior volume, in a manner analogous to the calibration step. This makes it possible to put the initialization step at any time, whether or not the gas mixture is present.
  • the method of use comprises a single initialization step, preliminary to any measurement and calibration step.
  • the resulting physical calibration signal thus serves as a basis for comparison for all calibration steps.
  • the method of use comprises an alternation of measurement steps and calibration steps.
  • the advantage of such a chemical capture system with integrated calibration is to measure the gas mixture, and when necessary, to interrupt the measurement to carry out a calibration.
  • the calibration steps are carried out regularly so that the drift of the sensor to be calibrated remains low.
  • Such an integrated calibration chemical capture system advantageously forms a unitary unit with dual functions, namely for measurement and for calibration.
  • a capture system also has a limited footprint and cost, using the same means for measurement and for calibration.
  • the photoionization sensor is used on the one hand as a measuring sensor and on the other hand as an ozone generator from the oxygen naturally present in the air.
  • the system further comprises at least one device for eliminating the gas mixture in the internal volume of the chamber, in order to be able to carry out the calibration at any time in the presence or absence of a residual gas mixture in the volume. interior.
  • the chamber comprises at least one inlet opening, at least one outlet opening and at least one member for closing the inlet opening and the outlet opening, in order to facilitate the circulation of the gas mixture in the open interior volume.
  • a chamber comprising an inlet opening and an outlet opening allows a reliable and precise measurement of the gas mixture, during the measurement step of the method of use. Indeed, the inlet opening and the outlet opening generate a circulation of the gas mixture and therefore avoid any local stagnation of the gas mixture.
  • the sensor to be calibrated and the photoionization sensor thus measure a global rather than a local concentration of the gas mixture in the air.
  • the chemical capture system comprises at least one ventilation member mounted in the chamber, preferably at the level of the outlet opening, to promote the renewal of the gas mixture in the open interior volume.
  • a ventilation member thus improves the reliability and precision of the measurement of the sensor to be calibrated and of the photoionization sensor.
  • the chemical capture system comprises at least one member for filtering the gas mixture movably mounted at the level of the inlet opening between a deployed position and a retracted position.
  • a filter member advantageously forms with the ventilation member the device for removing the gas mixture.
  • Such a removal device is not very complex, of limited cost and makes it possible to remove the gas mixture in an open interior volume.
  • the photoionization sensor forms the device for removing the gas mixture.
  • Such an elimination device does not present any additional bulk and makes it possible to eliminate the gas mixture in a closed internal volume.
  • the senor to be calibrated is in the form of a non-selective sensor, sensitive at least to the gas mixture to be measured and to the ozone.
  • a non-selective sensor sensitive at least to the gas mixture to be measured and to the ozone.
  • Such a sensor is subject to drift and must be calibrated regularly, which the chemical capture system allows in a simple and practical manner.
  • the senor to be calibrated is in the form of a semiconductor sensor or an electrochemical sensor.
  • the chemical capture system is advantageously suitable for a large number of sensors to be calibrated of different nature and sensitivity.
  • The is a schematic representation of the calculation of the difference between the concentration measured by the sensor to be calibrated during an initialization step and during the calibration step and
  • The is a schematic representation of the chemical capture system with integrated calibration of the during the initialization step.
  • the invention relates to a chemical capture system with integrated calibration S allowing, according to a first use, the identification of a gas mixture 6 via the measurement of a chemical sensor 1, and according to a second use the calibration of said chemical sensor 1
  • the system S is mounted in an office and configured to identify a gas mixture 6 in the form of pollutants, such as volatile organic compounds, emitted by human occupation in the ambient air of the room. office.
  • the chamber 4 the sensors to be calibrated 1 and photoionization 2, the device for eliminating the gas mixture 6 and the control device 3 are described below in succession.
  • the chamber 4 comprises two openings, namely an inlet opening 40 and an outlet opening 41, allowing the admission of the gas mixture 6 into the interior volume V as well as its discharge. It is specified that each opening 40, 41 allows the circulation of the gas mixture 6 to be identified, such as pollutants, but also of the ambient air in which it is located, such as the ambient air of an office in which the room is mounted. Note that the inlet opening 40 and the outlet opening 41 are preferably positioned vis-à-vis to promote the circulation of the gas mixture 6 throughout the interior volume V of the chamber 4.
  • the openings 40, 41 thus contribute to ensuring that the gas mixture 6 in contact with the sensor to be calibrated 1 and the photoionization sensor 2 is representative of the gas mixture 6 throughout the interior volume V, which allows relevant measurement and reliable identification. It goes without saying that the chamber 4 could include a different number of openings, in particular a single opening in order to allow the entry and exit of the gas mixture 6 in order to limit the bulk.
  • the system S comprises in this example a ventilation member 5 mounted in the chamber 4, preferably at the level of the outlet opening 41.
  • the ventilation member 5 is in the form of a fan or a suction pump. It goes without saying that the ventilation member 5 could not be present or be mounted differently in certain embodiments of the invention, in particular to limit the bulk.
  • each closure member 42 is movably mounted between a closed position P F (suitable for the initialization and calibration steps) and an open position P O (suitable for the measurement step).
  • chamber 4 delimits a closed interior volume V F (see ), preferably in a sealed manner to prevent any fluidic admission outside the chamber 4 and any fluidic discharge out of the chamber 4.
  • the chamber 4 delimits an open interior volume V O (see ), that is to say allowing a fluidic admission into the chamber 4, in particular of the gas mixture 6, and a fluidic discharge out of the chamber 4.
  • each closure member 42 is in the form of a valve, pivotably mounted so that in the closed position P F , the valve obstructs the opening 40, 41 and that in the open position P O , the volume interior V is in fluid communication with the gas mixture 6. It goes without saying that the closure member 42 could be moved according to other kinematics, in particular a translation. The closure member 42 could also be in another form, in particular that of a valve.
  • the chamber 4 preferably has reduced dimensions, slightly greater than those of the sensor to be calibrated 1 and of the photoionization sensor 2.
  • the chamber 4 has a volume of less than 10 cm 3 . This facilitates the action of the device for eliminating the gas mixture 6 in the internal volume V as will be described below.
  • Such a chamber 4, and therefore the system S also has a small footprint, which allows its installation in a simple and practical manner in any type of environment.
  • the senor to be calibrated 1 is chosen to be sensitive at least to the gas mixture 6 to be measured, and more precisely to at least one predetermined chemical compound 60, 61 of the gas mixture 6 (see ), as well as ozone, as will be explained later.
  • the sensor to be calibrated 1 is thus configured to emit a physical signal C1, such as a concentration, by way of example, of the gas mixture 6 and of the ozone present in the internal volume V of the chamber 4.
  • the sensor to be calibrated 1 is, as the name suggests, subject to drift, i.e. for an identical gas mixture 6, the measuring element 10 of the sensor to be calibrated 1 emits a different electrical signal U1 to the as it is used.
  • the conversion function f is no longer representative of the relationship connecting the electrical signal U1 and the corresponding physical signal C1.
  • the senor to be calibrated 1 is in the form of a non-selective sensor, that is to say sensitive to a plurality of chemical compounds, so that the system S is suitable for measuring a large panel of gas mixtures. 6.
  • a system S also allows precise identification of the gas mixture 6, thanks to the photoionization sensor 2 which is in particular configured to measure a second physical signal of the gas mixture 6, in addition to the first physical signal C1, as will be described. afterwards.
  • the senor to be calibrated 1 is in the form of a semiconductor sensor, also called “MOX sensor” or “MOS sensor”, for which the measuring element 10 comprises an oxide layer. metal heated by a heating element, on which the chemical components 60, 61 of the gas mixture 6 are attached, this phenomenon being known under the term “adsorption”.
  • the measuring element 10 further comprises measuring electrodes configured to measure an electrical signal U1 corresponding to an electrical conductivity of the metal oxide layer.
  • the drift is generated in particular by the progressive obstruction of the pores of the metal oxide layer, which modifies its electrical conductivity.
  • the sensor to be calibrated 1 is in the form of an electrochemical sensor. Such sensors are known per se to those skilled in the art and will not be described further.
  • the sensor to be calibrated 1 is chosen to be sensitive to volatile organic compounds, abbreviated "VOC", in the air.
  • VOC volatile organic compounds
  • the gas mixture 6 to be identified is in the form of VOCs.
  • the sensor to be calibrated 1 thus takes the form of a non-selective sensor with a single chemical compound.
  • the photoionization sensor 2 is configured to emit a second physical signal C2 of the gas mixture 6, such as a VOC concentration for example, to complete the first physical signal C1 measured by the sensor to be calibrated 1.
  • the power d The emission of the emitter 20 of ultraviolet rays r is thus chosen sufficiently large to photoionize the gas mixture 6 and sufficiently low for the photoionization sensor 2 to be selective.
  • the photoionization sensor 2 is also configured according to a second function (suitable for the calibration step) to generate ozone in the interior volume V. More precisely, the transmitter 20 is used. configured to provide an emission power of ultraviolet rays r so as to photoionize the dioxygen naturally present in ozone.
  • the ultraviolet ray emission power r suitable for calibration is preferably greater than that suitable for measurement.
  • the system S comprises a single sensor to be calibrated 1 and a single photoionization sensor 2 to limit the bulk and the cost.
  • the system S could comprise a plurality of sensors to be calibrated 1, in particular sensitive to different gas mixtures 6 in order to increase the measurement panel of the system S.
  • the system S could also include several photoionization sensors 2, in particular , so that each sensor to be calibrated 1 is associated with a photoionization sensor 2.
  • the photoionization sensor 2 is thus advantageously configured to fulfill three functions, namely that of measuring the gas mixture 6, that of ozone generator and that of eliminating the gas mixture 6, which advantageously reduces the bulk and the cost.
  • the device for removing the gas mixture 6 is in the form of the ventilation member 5 together with a filtering member 43 (see ).
  • the ventilation member 5 is in this alternative preferably mounted at the level of the outlet opening 41 and is configured to evacuate the gas mixture 6 outside the chamber 4.
  • the filter member 43 is for its part. movably mounted at the inlet opening 40 between an extended position, in which it is configured to filter the gas mixture 6 admitted into the interior volume V, and a retracted position, in which the gas mixture 6 freely enters the interior volume V of chamber 4, that is to say, without filtering.
  • the nature of the filtering member 43 depends on the gas mixture 6 to be measured.
  • the filtering member 43 is in the form of a chemical filter configured to react with the gas mixture 6 or of a physical filter configured to adsorb the gas mixture 6.
  • Such filtering members 43 are known per se to those skilled in the art and will not be described further.
  • Such a device for eliminating the gas mixture is advantageously not very complex and efficient, preventing at the inlet opening 40 the admission of the gas mixture 6 and promoting at the outlet opening 41 the evacuation of the mixture. gaseous 6 possibly residual from the interior volume V.
  • the system S is free from the gas mixture eliminator 6, the calibration being carried out at a convenient time when the gas mixture 6 is not present.
  • control device 3 is preferably in the form of a computer which preferably comprises a memory.
  • the control device 3 is configured to control the movement of the closure members 42, and according to certain embodiments the movement of the filtering member 43.
  • the control device 3 is also configured to identify the gas mixture 6 from the gaseous mixture 6. measurements of the sensors to be calibrated 1 and with photoionization 2 during a measurement step, and during a calibration step, to determine a conversion function f optimized for the sensor to be calibrated 1, as will be explained below .
  • the system S of the invention comprises a sensor to be calibrated 1 and a photoionization sensor 2 positioned in a chamber 4, delimiting an open or closed volume, free or not of a gas mixture 6 to be measured and controlled by a control device 3.
  • the photoionization sensor 2 is multifunctional: it allows the identification of the gas mixture 6 in cooperation with the sensor to be calibrated 1 and, when the sensor 1 must be calibrated, it forms an ozone generator to create a standard medium in chamber 4.
  • the method of using the system S is described below, which allows, according to a first use, the identification of a gas mixture 6, which corresponds on the in a measurement step M, and following a second use, the calibration of the sensor to be calibrated 1, which corresponds to the same in a calibration step E.
  • the measuring step M and the calibration step E are implemented consecutively and not simultaneously.
  • the measurement step M is carried out until a calibration is required for the sensor to be calibrated 1. For example, a calibration is required after the observation of an erroneous or imprecise identification of the gas mixture 6 or after a predetermined period of use from which the sensor to be calibrated 1 is liable to derive.
  • the measurement step M is then stopped to start the calibration step E.
  • the calibration step E has been completed, that is to say once the sensor 1 is calibrated, a new step of measure M is implemented.
  • the method of using the system S thus comprises an alternation of measurement steps M and calibration steps E.
  • the method of using the system S further comprises a preliminary initialization step I, which, as will be described below, increases the precision and reliability of the calibration step (s) E.
  • a measurement step M, a calibration step E and an initialization step I are identical to A measurement step M, a calibration step E and an initialization step I.
  • each closure member 42 in the open position P O lets circulate in the chamber 4 the gas mixture 6 to be identified but also the ambient air in which the gas mixture 6 is located.
  • the room 4 is positioned in an office where human occupation generates pollutants in the ambient air and is configured to admit into the open interior volume V O the ambient air loaded with pollutants, the pollutants forming the gas mixture 6 to be identified.
  • the two physical measurement signals C1 M , C2 M are measured simultaneously so as to correspond to the same gas mixture 6.
  • the physical measurement signals C1 M , C2 M also preferably correspond to averaged measurements in order to increase their reliability. and their accuracy, but it goes without saying that they can also be instantaneous measurements.
  • the physical measurement signals C1 M , C2 M are respectively obtained from electrical signals U1 M , U2 M. Such individual measurement steps are known to those skilled in the art.
  • the identification M S of the gas mixture 6 is implemented by comparing the physical measurement signals C1 M , C2 M with a reference database.
  • the identification is advantageously reliable and precise, since the second physical measurement signal C2 M makes it possible to verify the consistency and / or to supplement the first physical measurement signal C1 M.
  • the photoionization sensor 2 is deemed not to be subject to drift and allows a control of the measurement of the sensor to be calibrated 1.
  • An inconsistency between the two physical measurement signals C1 M , C2 M can in particular reveal a drift of the sensor at calibrate 1 and therefore require the implementation of a calibration step E.
  • the dioxygen D naturally present in the chamber 4 comes from the ambient air admitted in the same way as the gas mixture 6, in practice before the movement of the closure members 42 in the closed position P F.
  • the calibration step further comprises, before the generation E G of ozone O, a elimination E E of the gas mixture 6 possibly remaining in the interior volume V.
  • the displacement E D of the closure members 42 is implemented before or after the elimination E E of the gas mixture 6 according to the embodiments of the invention.
  • the displacement E D of the closure members 42 is implemented first, so that the chamber 4 delimits a sealed interior volume V F.
  • the photoionization sensor 2 then emits ultraviolet rays r in the closed interior volume V F in order to photoionize all the gas mixture 6 possibly present.
  • the elimination E E of the gas mixture 6 is carried out in the open interior volume V O.
  • the piloting device 3 moves the filtering member 43 in the deployed position so as to prevent the admission of the gas mixture 6 at the level of the inlet opening 40.
  • the piloting device 3 also controls the activation. of the ventilation member 5 in order to evacuate the gas mixture 6 possibly remaining in the internal volume V outside the chamber 4.
  • the control device 3 moves the closure members 42 to the closed position P F.
  • the elimination E E of the gas mixture 6 is controlled by the photoionization sensor 2 by measuring a physical control signal C2 E of the gas mixture 6 in the interior volume. If the physical control signal C2 E corresponds to a substantially zero concentration of gas mixture 6, the calibration step E is continued. Otherwise, the elimination E E is repeated until the chamber 4 is free from the gas mixture 6. It is specified that the elimination E E does not make it possible to create a vacuum in the chamber 4 but only to remove the gas mixture. 6 to be identified, the ambient air being always present.
  • the calibration step E is free from elimination E E of the gas mixture 6 and is carried out at an appropriate time, when the gas mixture 6 to be identified is not present in the internal volume V.
  • the calibration step E is thus preferably implemented when the occupancy is low or zero.
  • the calibration step E is preferably implemented when the ambient air admitted into the chamber 4 is slightly loaded or not loaded with gas mixture 6 to be identified.
  • Such an opportune moment is determined by way of example thanks to the history of the measurements of the sensor to be calibrated 1 and of the photoionization sensor 2.
  • the generation E G of ozone O is implemented in a closed interior volume V F via an emission of ultraviolet rays r according to a given power Qr chosen.
  • Generation E G of ozone O thus makes it possible to create a known standard medium in chamber 4, that is to say of known ozone O concentration, via the emission power Qr, and of gas mixture concentration 6 known, namely substantially zero.
  • the latter must, before the implementation of the generation E G of ozone O, be free from gas mixture 6 and ozone O.
  • the gas mixture 6 this is effected by the preliminary elimination E E or the choice of an opportune moment for the calibration.
  • the generation E G of ozone O is furthermore preferably carried out after a waiting period for the ozone O possibly remaining in the closed interior volume V F decomposes spontaneously on contact with the walls of the chamber 4.
  • the physical calibration signal C1 E measured by the sensor to be calibrated 1 in such a standard medium corresponds only to the ozone O present in the closed internal volume V F and whose concentration is known.
  • the control device 3 can thus calculate the potential drift of the sensor to be calibrated 1 by comparing the physical calibration signal C1 E with a physical reference signal C1 I of the ozone O present in the same concentration.
  • the reference deviation ⁇ ref is preferably chosen to be between 1% and 10%, preferably of the order of 5%, in order to correct any significant drift of the sensor to be calibrated 1.
  • the initialization step I comprises of more, before the generation I G of ozone O, an elimination I E of the gas mixture 6 possibly remains in the interior volume V.
  • the initialization step I advantageously allows precise and reliable calibration of the sensor to be calibrated 1.
  • the physical reference signal C1 I is measured in the same standard medium as the physical calibration signal C1 E and with the same means of measurement, namely the sensor to be calibrated 1.
  • the sensor to be calibrated 1 is assumed to be calibrated unlike the calibration step E.
  • the initialization step I is thus preferably implemented before the first measurement step M.
  • the physical reference signal C1 I can be obtained in a different way, in particular thanks to a database.
  • a single sensor to be calibrated 1 is calibrated during a calibration step E and / or during an initialization step I. This avoids changing the standard medium and guarantees the reliability and accuracy of the calibration.
  • the measurement step M can for its part be implemented by one or more sensors to be calibrated 1 simultaneously, to increase the precision and reliability of the identification of the gas mixture 6.
  • the sensor to be calibrated 1 and the photoionization sensor 2 each measure a physical measurement signal C1 M , C2 M of the gas mixture 6 in the open interior volume V O , which allows the control device 3 to discriminate the gas mixture 6.
  • the chamber 4 forms a known standard medium in which the sensor to be calibrated 1 measures a physical calibration signal C1 E which , by comparison with a physical reference signal C1 I , makes it possible to correct the potential drift of the sensor to be calibrated 1.
  • the photoionization sensor 2 allows by ozonolysis and photoionization of the gas mixture 6 possibly remaining in the chamber 4 and of the oxygen present, to eliminate the gas mixture 6 and to generate ozone O.
  • the elimination of the gas mixture 6 is carried out jointly by a filtering member 43 and a ventilation member 5.
  • the physical signals C1, C2 of the sensor to be calibrated 1 and of the photoionization sensor 2 are in the form of concentrations of the gas mixture 6 in the chamber 4.
  • the first physical signal of C1 M measurement and the second physical measurement signal C2 M are preferably respectively in the form of a first measurement concentration and a second measurement concentration of the gas mixture 6 in chamber 4.
  • the physical calibration signal C1 E and the physical reference signal C1 I of the ozone O in chamber 4 are preferably in the form of a calibration ozone concentration and a reference ozone concentration, respectively.

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Abstract

Un procédé d'utilisation d'un système de captation chimique à étalonnage intégré (S) comprenant une chambre (4) comprenant une ouverture (40, 41) et un organe de fermeture (42), ainsi qu'un capteur chimique à étalonner (1) et un capteur à photoionisation (2) positionnés dans la chambre (4), procédé dans lequel : - lors d'une étape de mesure, le capteur à étalonner (1) et le capteur à photoionisation (2) mesurent le mélange gazeux (6) présent dans la chambre (4), délimitant un volume intérieur (V) ouvert, afin d'identifier le mélange gazeux (6) et - lors d'une étape d'étalonnage, le capteur à photoionisation (2) génère de l'ozone par photoionisation du dioxygène dans la chambre (4), délimitant un volume intérieur (V) fermé exempt de mélange gazeux (6), et le capteur à étalonner (1) mesure l'ozone généré, l'écart de cette mesure avec une référence permettant son étalonnage.

Description

Système de captation chimique à étalonnage intégré et procédé d’utilisation d’un tel système
La présente invention concerne le domaine des systèmes de captation chimique à étalonnage intégré et l’utilisation de tels systèmes.
De manière connue, en référence à la , un capteur chimique 100 est configuré pour mesurer un signal physique C, tel que la concentration, d’un ou plusieurs composé(s) chimique(s) 60, 61 d’un mélange gazeux 6, suivant sa sensibilité. Pour cela, un capteur chimique 100 comprend un élément de mesure 101 configuré pour émettre un signal électrique U qui est fonction de la quantité du mélange gazeux 6 et un élément de calcul 102 de la concentration C à partir du signal électrique U émis et d’une fonction de conversion f, propre au capteur chimique 100 et stockée dans une base de données 103, suivant la relation suivante : C=f(U).
De manière connue, un capteur chimique 100 doit être étalonné avant sa première utilisation. Pour cela, le capteur chimique 100 est placé dans plusieurs milieux étalons correspondant à des mélanges gazeux connus dont les concentrations sont connues. L’écart entre la concentration C mesurée par le capteur chimique 100 et la concentration en composés chimiques réelle de chaque milieu étalon est corrigé en modifiant la fonction de conversion f du capteur chimique 100 afin de réduire cet écart.
Dans les faits, la réponse d’un capteur chimique 100 dérive au cours de son utilisation, notamment lorsque le capteur chimique 100 se présente sous la forme d’un capteur semi-conducteur ou d’un capteur électrochimique. Plus précisément, pour un mélange gazeux 6 identique, l’élément de mesure 101 du capteur chimique 100 émet un signal électrique U différent au fur et à mesure de son utilisation. En effet, dans le cas d’un capteur semi-conducteur, également nommé « capteur MOX » ou « capteur MOS », l’élément de mesure 101 comprend une couche d’oxyde métallique chauffée par un élément chauffant, sur laquelle viennent se fixer les composés chimiques 60, 61 du mélange gazeux 6, ce phénomène étant connu sous le terme « d’adsorption ». L’élément de mesure 101 comprend en outre des électrodes de mesure configurées pour émettre un signal électrique U correspondant à une conductivité électrique de la couche d’oxyde métallique. Or, au fur et à mesure de l’utilisation du capteur semi-conducteur, l’adsorption des composés chimiques 60, 61 obstrue les pores de la couche d’oxyde métallique, ce qui modifie le signal électrique U émis.
Un tel capteur 100 doit ainsi être régulièrement étalonné pour que la concentration C mesurée reste fiable et précise. En pratique, l’étalonnage est réalisé en ajustant la fonction de conversion f pour qu’elle prenne en compte la dérive du signal électrique U dans le calcul de la concentration C. Ceci nécessite de quantifier la dérive du signal électrique U, ce qui est réalisé en plaçant le capteur 100 dans plusieurs milieux étalons et en mesurant l’écart entre la concentration C mesurée par le capteur chimique 100 et la concentration en composés chimiques réelle de chaque milieu étalon. Un tel étalonnage au cours de la vie du capteur 100 nécessite de désinstaller puis de réinstaller le capteur 100 au contact du mélange gazeux 6, ce qui est coûteux en temps et en ressources. En outre, en cas d’oubli ou de retard pour réaliser l’étalonnage ou encore de dérèglement imprévu du capteur 100, une concentration C faussée peut être mesurée sans le savoir.
De manière incidente, il est connu un système de captation d’ozone à étalonnage intégré comprenant une chambre ainsi qu’un capteur électrochimique d’ozone et un générateur d’ozone placés dans la chambre. Lors d’une phase de mesure, la chambre est ouverte de manière à guider le mélange gazeux dont on souhaite mesurer la concentration en ozone vers le capteur. Lors d’une phase d’étalonnage, la chambre est fermée et l’ozone restant dans la chambre est décomposé par contact avec les parois de la chambre. Le générateur d’ozone est alors configuré pour émettre une concentration connue d’ozone dans la chambre fermée qui est mesurée par le capteur électrochimique. L’écart entre la concentration d’ozone mesurée par le capteur électrochimique et émise par le générateur d’ozone permet d’étalonner le capteur. Un tel système permet avantageusement de réaliser l’étalonnage sans déplacer le capteur. Toutefois, il présente l’inconvénient de n’être opérable que pour le cas particulier d’un capteur sensible uniquement à l’ozone. En effet, pour un capteur sensible également aux composés organiques volatils, d’abréviation « COV », des COV peuvent rester piégés dans la chambre fermée lors de l’étalonnage. De tels COV faussent l’étalonnage car ils ne se décomposent pas comme l’ozone, sont présents en concentration inconnue et le capteur les mesure au même titre que l’ozone sans distinction.
Il est également connu par la demande de brevet US2019265183A1 un système de captation de gaz à étalonnage intégré comportant une enceinte dans laquelle sont montés un capteur, une plaque chauffante pour le réinitialiser, une source lumineuse et un élément chauffant. L’élément chauffant permet de décomposer l’ozone dans l’enceinte pour calibrer le capteur en ligne de base et la source lumineuse permet de générer de l’ozone en concentration connue pour finir la calibration. Les éléments dédiés à l’étalonnage présentent l’inconvénient d’augmenter l’encombrement du système, particulièrement en période de mesure où ils sont inactifs, et d’augmenter le risque de maintenance. De plus, en cas de dérèglement imprévu du capteur, une concentration faussée peut être mesurée sans le savoir.
Par ailleurs, il est connu par la demande de brevet US2015369784A1 d’étalonner un capteur MOX en comparant sa mesure à celle d’un capteur à photoionisation, monté sur un circuit différent et allumé uniquement en période d’étalonnage. Une telle solution présente les mêmes inconvénients que précédemment.
L’invention vise ainsi à éliminer au moins certains des inconvénients cités liés à l’étalonnage d’un capteur chimique.
 PRESENTATION DE L’INVENTION
L’invention concerne un procédé d’utilisation d’un système de captation chimique à étalonnage intégré pour la mesure d’un mélange gazeux, ledit système comprenant :
  • une chambre délimitant un volume intérieur et comprenant au moins une ouverture de mise en communication fluidique du mélange gazeux et du volume intérieur et au moins un organe de fermeture de ladite ouverture monté mobile entre une position fermée délimitant un volume intérieur fermé et une position ouverte délimitant un volume intérieur ouvert,
  • au moins un capteur chimique, dit capteur à étalonner, positionné dans le volume intérieur de la chambre et comprenant un élément de mesure configuré pour émettre un signal électrique qui est fonction de la quantité d’au moins un composé chimique prédéterminé dans le volume intérieur, ledit capteur à étalonner comprenant un élément de calcul d’un premier signal physique (C1) dudit composé chimique à partir dudit signal électrique (U1) et d’une fonction de conversion (f) propre audit capteur à étalonner suivant la relation suivante : C1 = f(U1),
  • au moins un capteur à photoionisation positionné dans le volume intérieur, réputé non sujet à la dérive et configuré, d’une part, pour émettre des rayons ultraviolets de manière à photoioniser au moins un composé chimique prédéterminé dans le volume intérieur, et d’autre part, pour déterminer un deuxième signal physique qui est fonction de la quantité dudit composé chimique photoionisé, et
  • au moins un dispositif de pilotage,
  • procédé dans lequel, lors d’au moins une étape de mesure :  
  • le dispositif de pilotage commande le déplacement de l’organe de fermeture en position ouverte de manière à ce que la chambre délimite un volume intérieur ouvert dans lequel pénètre le mélange gazeux,
  • le capteur à étalonner et le capteur à phototoionisation mesurent respectivement au moins un premier signal physique de mesure et au moins un deuxième signal physique de mesure du mélange gazeux, et
  • le dispositif de pilotage identifie le mélange gazeux à partir des signaux physiques de mesure.
L’invention est remarquable en ce que, lors d’au moins une étape d’étalonnage :
  • le dispositif de pilotage commande le déplacement de l’organe de fermeture en position fermée de manière à ce que la chambre délimite un volume intérieur fermé,
  • lorsque le volume intérieur fermé est exempt de mélange gazeux et d’ozone, le capteur à photoionisation génère de l’ozone dans le volume intérieur fermé en émettant suivant une puissance donnée des rayons ultraviolets configurés pour photoioniser le dioxygène présent,
  • le capteur à étalonner mesure un signal physique d’étalonnage de l’ozone généré,
  • le dispositif de pilotage calcule l’écart entre le signal physique d’étalonnage et un signal physique de référence et
  • si l’écart est supérieur à un écart de référence, le dispositif de pilotage détermine une fonction de conversion optimisée à partir dudit écart pour le capteur à étalonner, de manière à l’étalonner.
Grâce à l’invention, il est possible d’utiliser un système de captation chimique pour remplir deux fonctions, à savoir mesurer un mélange gazeux et étalonner un capteur chimique. Un tel étalonnage interne du capteur au sein du système de captation chimique évite une manipulation humaine pour déplacer le capteur dans des milieux étalons connus pour réaliser l’étalonnage, ce qui est plus pratique et plus rapide, une telle manipulation devant de surcroît être répétée régulièrement. L’étalonnage est de plus réalisé en utilisant de manière innovante les moyens de mesure, et notamment le capteur à photoionisation, ce qui limite l’encombrement et le coût du système de captation chimique. Plus précisément, le capteur à photoionisation permettant de compléter la mesure du capteur à étalonner lors d’une étape de mesure, est judicieusement utilisé suivant une deuxième fonction comme un générateur d’ozone lors d’une étape d’étalonnage, en photoionisant le dioxygène naturellement présent dans l’air. Autrement dit, le capteur à photoionisation permet, outre sa fonction de capteur, de créer dans le volume intérieur fermé un milieu d’étalonnage connu avec une certaine quantité d’ozone pour étalonner le capteur à étalonner, c’est-à-dire une concentration d’étalonnage prédéterminée. Un tel capteur à photoionisation est fiable car non sujet à la dérive. La mise en œuvre de l’étape d’étalonnage à la suite d’une étape de mesure, et inversement, est en outre simple et rapide, régie par le dispositif de pilotage qui déplace l’organe de fermeture de la position ouverte à la position fermée, et inversement.
Selon un aspect, le système comprenant au moins un dispositif d’élimination du mélange gazeux dans le volume intérieur, lors de l’étape d’étalonnage, le dispositif d’élimination élimine le mélange gazeux éventuellement rémanent dans le volume intérieur avant la génération d’ozone. Le dispositif d’élimination du mélange gazeux permet avantageusement de mettre en œuvre l’étape d’étalonnage à un instant quelconque, en présence ou non de mélange gazeux, en l’éliminant de manière préliminaire.
Selon un premier aspect de l’invention, la chambre comprenant au moins une ouverture d’entrée et au moins une ouverture de sortie, le système de captation comprenant au moins un organe de ventilation monté dans la chambre, de préférence au niveau de l’ouverture de sortie, et au moins un organe de filtrage du mélange gazeux monté mobile au niveau de l’ouverture d’entrée entre une position déployée et une position escamotée et formant avec l’organe de ventilation le dispositif d’élimination du mélange gazeux, l’élimination du mélange gazeux lors de l’étape d’étalonnage est mise en œuvre dans le volume intérieur ouvert par le dispositif de pilotage en commandant conjointement le déplacement de l’organe de filtrage en position déployée et l’activation de l’organe de ventilation, de manière à éviter l’admission de mélange gazeux dans le volume intérieur ouvert et à évacuer le mélange gazeux éventuellement rémanent hors du volume intérieur ouvert.
Une telle élimination du mélange gazeux dans le volume intérieur ouvert de la chambre est simple et pratique à mettre en œuvre, utilisant des moyens réduits à faible coût, à savoir l’organe de filtrage, conjointement aux moyens de circulation et de renouvellement du mélange gazeux, à savoir l’organe de ventilation. Une telle élimination est en outre efficace et rapide, en particulier pour une chambre de taille réduite, le mélange gazeux étant bloqué au niveau de l’ouverture d’entrée, et évacué au niveau de l’ouverture de sortie.
Selon un deuxième aspect de l’invention, le capteur à photoionisation formant le dispositif d’élimination du mélange gazeux, l’élimination du mélange gazeux lors de l’étape d’étalonnage est mise en œuvre dans le volume intérieur fermé par le capteur à photoionisation en émettant des rayons ultraviolets configurés, d’une part, pour générer de l’ozone par photoionisation du dioxygène présent afin de réagir par ozonolyse avec le mélange gazeux éventuellement rémanent dans le volume intérieur fermé, et d’autre part, pour photoioniser ledit mélange gazeux.
Une telle élimination du mélange gazeux dans le volume intérieur fermé de la chambre utilise avantageusement le capteur à photoionisation suivant une troisième fonction de dispositif d’élimination du mélange gazeux, outre sa première fonction de capteur de mesure et sa deuxième fonction de générateur d’ozone. Une telle élimination du mélange gazeux est également efficace et rapide, par l’action combinée de l’ozonolyse et de la photoionisation. Autrement dit, le capteur à photoionisation permet d’éliminer le mélange gazeux de deux façons via les rayons ultraviolets qu’il émet : majoritairement d’une façon indirecte en générant de l’ozone qui réagit avec le mélange gazeux par ozonolyse, et minoritairement d’une façon directe par photoionisation du mélange gazeux. Le mélange gazeux ainsi éliminé par photoionisation et ozonolyse n’est avantageusement pas détecté par le capteur à étalonner.
Selon un aspect de l’invention, lors de l’étape de mesure, le premier signal physique de mesure et le deuxième signal physique de mesure sont mesurés simultanément. La concentration du mélange gazeux pouvant évoluer avec le temps, ceci garantit que le mélange gazeux mesuré par le capteur à étalonner et le capteur à photoionisation est identique, et donc que leurs mesures peuvent être croisées pour identifier de manière précise et fiable le mélange gazeux à un (ou plusieurs) instant(s) donné(s).
Selon un autre aspect de l’invention, lors d’au moins une étape d’initialisation :
  • le dispositif de pilotage commande le déplacement de l’organe de fermeture en position fermée de manière à ce que la chambre délimite un volume intérieur fermé,
  • lorsque le volume intérieur fermé est exempt de mélange gazeux et d’ozone, le capteur à photoionisation génère de l’ozone dans le volume intérieur fermé en émettant suivant ladite puissance donnée des rayons ultraviolets configurés pour photoioniser le dioxygène présent et
  • le capteur à étalonner mesure ledit signal physique de référence de l’ozone généré.
De manière avantageuse, une telle période d’initialisation permet de déterminer un signal physique de référence formant une source de comparaison fiable et précise pour le signal physique d’étalonnage. En effet, le signal physique de référence est mesuré lorsque le capteur à étalonner est réputé valide. De plus le signal physique de référence est de même nature que le signal physique d’étalonnage, notamment mesuré dans le même milieu – le volume intérieur fermé de la chambre étant exempt du mélange gazeux à mesurer et comprenant de l’ozone en concentration connue et identique, et par le même appareil de mesure – le capteur à étalonner.
De préférence, lors de l’étape d’élimination, le dispositif d’élimination élimine le mélange gazeux éventuellement rémanent dans le volume intérieur, de manière analogue à l’étape d’étalonnage. Ceci permet de mettre l’étape d’initialisation à un instant quelconque, en présence ou non du mélange gazeux.
De préférence, le procédé d’utilisation comprend une unique étape d’initialisation, préliminaire à toute étape de mesure et d’étalonnage. Le signal physique d’étalonnage obtenu sert ainsi de base de comparaison pour toutes les étapes d’étalonnage.
De préférence, le procédé d’utilisation comprend une alternance d’étapes de mesure et d’étapes d’étalonnage. L’intérêt d’un tel système de captation chimique à étalonnage intégré est de mesurer le mélange gazeux, et lorsque nécessaire, d’interrompre la mesure pour réaliser un étalonnage. De préférence, les étapes d’étalonnage sont effectuées régulièrement pour que la dérive du capteur à étalonner reste faible.
L’invention concerne également un système de captation chimique à étalonnage intégré pour la mesure d’un mélange gazeux, ledit système comprenant :
  • une chambre délimitant un volume intérieur et comprenant au moins une ouverture de mise en communication fluidique du mélange gazeux et du volume intérieur et au moins un organe de fermeture de ladite ouverture monté mobile entre une position fermée délimitant un volume intérieur fermé et une position ouverte délimitant un volume intérieur ouvert,
  • au moins un capteur chimique, dit capteur à étalonner, positionné dans le volume intérieur de la chambre et comprenant un élément de mesure configuré pour émettre un signal électrique qui est fonction de la quantité d’au moins un composé chimique prédéterminé dans le volume intérieur, ledit capteur à étalonner comprenant un élément de calcul d’un premier signal physique (C1) dudit composé chimique à partir dudit signal électrique (U1) et d’une fonction de conversion (f) propre audit capteur à étalonner suivant la relation suivante : C1 = f(U1), ledit capteur à étalonner étant en particulier configuré pour déterminer, respectivement lors d’une étape de mesure et lors d’une étape d’étalonnage du procédé d’utilisation tel que décrit précédemment, un premier signal physique de mesure du mélange gazeux dans le volume intérieur ouvert et un signal physique d’étalonnage de l’ozone dans le volume intérieur fermé,
  • au moins un capteur à photoionisation positionné dans le volume intérieur et configuré, d’une part, pour émettre des rayons ultraviolets de manière à photoioniser au moins un composé chimique prédéterminé dans le volume intérieur, et d’autre part, pour déterminer un deuxième signal physique qui est fonction de la quantité dudit composé chimique photoionisé, ledit capteur à photoionisation étant en particulier configuré, lors de l’étape de mesure, pour déterminer un deuxième signal physique de mesure du mélange gazeux dans le volume intérieur ouvert et, lors de l’étape d’étalonnage, pour émettre des rayons ultraviolets suivant une puissance donnée pour photoioniser le dioxygène en ozone dans le volume intérieur fermé, et
  • au moins un dispositif de pilotage configuré pour commander le déplacement de l’organe de fermeture en position ouverte lors de l’étape de mesure, de manière à ce que la chambre délimite un volume intérieur ouvert, et en position fermée lors de l’étape d’étalonnage, de manière à ce que la chambre délimite un volume intérieur fermé, ledit dispositif de pilotage étant configuré :
  • lors de l’étape de mesure, pour identifier le mélange gazeux à partir du premier et du deuxième signal physique de mesure et,
  • lors de l’étape d’étalonnage, pour calculer l’écart entre le signal physique d’étalonnage et un signal physique de référence et, si l’écart est supérieur à un écart de référence, déterminer une fonction de conversion optimisée pour le capteur à étalonner, de manière à l’étalonner.
Un tel système de captation chimique à étalonnage intégré forme avantageusement un ensemble unitaire double fonction, à savoir pour la mesure et pour l’étalonnage. Un tel système de captation présente en outre un encombrement et un coût limités, utilisant les mêmes moyens pour la mesure et pour l’étalonnage. En particulier, le capteur à photoionisation est utilisé d’une part comme capteur de mesure et d’autre part comme générateur d’ozone à partir du dioxygène naturellement présent dans l’air.
De préférence, le système comprend en outre au moins un dispositif d’élimination du mélange gazeux dans le volume intérieur de la chambre, afin de pouvoir mettre en œuvre l’étalonnage à un instant quelconque en présence ou non de mélange gazeux rémanent dans le volume intérieur.
Selon un aspect de l’invention, la chambre comprend au moins une ouverture d’entrée, au moins une ouverture de sortie et au moins un organe de fermeture de l’ouverture d’entrée et de l’ouverture de sortie, afin de faciliter la circulation du mélange gazeux dans le volume intérieur ouvert. Une telle chambre comprenant une ouverture d’entrée et une ouverture de sortie permet une mesure fiable et précise du mélange gazeux, lors de l’étape de mesure du procédé d’utilisation. En effet, l’ouverture d’entrée et l’ouverture de sortie génèrent une circulation du mélange gazeux et évitent donc toute stagnation locale du mélange gazeux. Le capteur à étalonner et le capteur à photoionisation mesurent ainsi une concentration globale et non locale du mélange gazeux dans l’air.
Selon un autre aspect de l’invention, le système de captation chimique comprend au moins un organe de ventilation monté dans la chambre, de préférence au niveau de l’ouverture de sortie, pour favoriser le renouvellement du mélange gazeux dans le volume intérieur ouvert. Un tel organe de ventilation améliore ainsi la fiabilité et la précision de la mesure du capteur à étalonner et du capteur à photoionisation.
Selon un aspect préféré, le système de captation chimique comprend au moins un organe de filtrage du mélange gazeux monté mobile au niveau de l’ouverture d’entrée entre une position déployée et une position escamotée. Un tel organe de filtrage forme avantageusement avec l’organe de ventilation le dispositif d’élimination du mélange gazeux. Un tel dispositif d’élimination est peu complexe, de coût limité et permet d’éliminer le mélange gazeux dans un volume intérieur ouvert.
Selon un autre aspect préféré, le capteur à photoionisation forme le dispositif d’élimination du mélange gazeux. Un tel dispositif d’élimination ne présente pas d’encombrement supplémentaire et permet d’éliminer le mélange gazeux dans un volume intérieur fermé.
De préférence, le capteur à étalonner se présente sous la forme d’un capteur non sélectif, sensible au moins au mélange gazeux à mesurer et à l’ozone. Un tel capteur est sujet à la dérive et doit être étalonné régulièrement, ce que permet le système de captation chimique de manière simple et pratique.
Selon un aspect de l’invention, le capteur à étalonner se présente sous la forme d’un capteur semi-conducteur ou d’un capteur électrochimique. Le système de captation chimique est avantageusement adapté pour un grand nombre de capteurs à étalonner de nature et de sensibilité différentes.
PRESENTATION DES FIGURES
L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d’exemple, et se référant aux dessins annexés donnés à titre d’exemples non limitatifs, dans lesquels des références identiques sont données à des objets semblables et sur lesquels :
La est une représentation schématique d’un capteur chimique ;
La est une représentation schématique du système de captation chimique à étalonnage intégré selon une forme de réalisation de l’invention ;
La est une représentation schématique du capteur à étalonner du système de captation chimique de la ;
La est une représentation schématique du capteur à photoionisation du système de captation chimique de la ;
La est une représentation schématique du procédé d’utilisation du système de captation chimique de la selon un mode de mise en œuvre de l’invention ;
La est une représentation schématique du système de captation de la lors d’une étape de mesure ;
La est une représentation schématique du capteur à étalonner de la lors de l’étape de mesure de la ;
La est une représentation schématique du capteur à photoionisation de la lors de l’étape de mesure de la ;
La est une représentation schématique du système de captation chimique de la lors d’une étape d’étalonnage ;
La est une représentation schématique de l’élimination du mélange gazeux lors de l’étape d’étalonnage de la selon un premier mode de mise en œuvre de l’invention ;
La est une représentation schématique de l’élimination du mélange gazeux lors de l’étape d’étalonnage de la selon un deuxième mode de mise en œuvre de l’invention ;
La est une représentation schématique du capteur à étalonner de la lors de l’étape d’étalonnage de la ;
La est une représentation schématique du capteur à photoionisation de la lors de l’étape d’étalonnage de la  ;
La est une représentation schématique du calcul de l’écart entre la concentration mesurée par le capteur à étalonner lors d’une étape d’initialisation et lors de l’étape d’étalonnage et
La est une représentation schématique du système de captation chimique à étalonnage intégré de la lors de l’étape d’initialisation.
Il faut noter que les figures exposent l’invention de manière détaillée pour mettre en œuvre l’invention, lesdites figures pouvant bien entendu servir à mieux définir l’invention le cas échéant.
 DESCRIPTION DETAILLEE DE L’INVENTION
En référence à la , l’invention concerne un système de captation chimique à étalonnage intégré S permettant suivant une première utilisation l’identification d’un mélange gazeux 6 via la mesure d’un capteur chimique 1, et suivant une deuxième utilisation l’étalonnage dudit capteur chimique 1. A titre d’exemple, le système S est monté dans un bureau et configuré pour identifier un mélange gazeux 6 se présentant sous la forme de polluants, tels que des composés organiques volatils, émis par l’occupation humaine dans l’air ambiant du bureau.
On présente par la suite les caractéristiques structurelles et fonctionnelles du système S puis son procédé d’utilisation, à travers une étape d’initialisation I, une étape de mesure M et une étape d’étalonnage E (voir ).
Selon l’invention et comme illustré sur la , le système de captation chimique S comprend :
  • une chambre 4 délimitant un volume intérieur V et comprenant une (ou plusieurs) ouverture(s) 40, 41 et un organe de fermeture 42 de chaque ouverture 40, 41,
  • un (ou plusieurs) capteur(s) chimique(s) 1, dit(s) par la suite capteur(s) à étalonner 1, et un (ou plusieurs) capteur(s) à photoionisation 2 positionnés dans le volume intérieur V de la chambre 4,
  • un dispositif de pilotage 3 du système S pour la mise en œuvre des étapes d’initialisation, de mesure et d’étalonnage, et
  • dans certaines formes de réalisation de l’invention, un dispositif d’élimination du mélange gazeux 6 dans le volume intérieur V de la chambre 4.
On décrit par la suite successivement la chambre 4, les capteurs à étalonner 1 et à photoionisation 2, le dispositif d’élimination du mélange gazeux 6 et le dispositif de pilotage 3.
Dans l’exemple de la , la chambre 4 comprend deux ouvertures, à savoir une ouverture d’entrée 40 et une ouverture de sortie 41, permettant l’admission du mélange gazeux 6 dans le volume intérieur V ainsi que son refoulement. On précise que chaque ouverture 40, 41 permet la circulation du mélange gazeux 6 à identifier, tel que des polluants, mais également de l’air ambiant dans lequel il se trouve, tel que l’air ambiant d’un bureau dans lequel la chambre est montée. A noter que l’ouverture d’entrée 40 et l’ouverture de sortie 41 sont de préférence positionnées en vis-à-vis pour favoriser la circulation du mélange gazeux 6 dans tout le volume intérieur V de la chambre 4. Les ouvertures 40, 41 contribuent ainsi à ce que le mélange gazeux 6 au contact du capteur à étalonner 1 et du capteur à photoionisation 2 soit représentatif du mélange gazeux 6 dans tout le volume intérieur V, ce qui permet une mesure pertinente et une identification fiable. Il va de soi que la chambre 4 pourrait comprendre un nombre différent d’ouvertures, notamment une unique ouverture afin de permettre l’entrée et la sortie du mélange gazeux 6 afin de limiter l’encombrement.
Toujours en référence à la , pour améliorer la circulation et le renouvellement du mélange gazeux 6 dans le volume intérieur V de la chambre 4, le système S comprend dans cet exemple un organe de ventilation 5 monté dans la chambre 4, de préférence au niveau de l’ouverture de sortie 41. A titre d’exemple, l’organe de ventilation 5 se présente sous la forme d’un ventilateur ou d’une pompe aspirante. Il va de soi que l’organe de ventilation 5 pourrait ne pas être présent ou être monté différemment dans certaines formes de réalisation de l’invention, notamment pour limiter l’encombrement.
Selon l’invention et toujours en référence à la , chaque organe de fermeture 42 est monté mobile entre une position fermée PF (adaptée pour les étapes d’initialisation et d’étalonnage) et une position ouverte PO (adaptée pour l’étape de mesure). Dans la position fermée PF, la chambre 4 délimite un volume intérieur fermé VF (voir ), de préférence de manière étanche pour éviter toute admission fluidique extérieure à la chambre 4 et tout refoulement fluidique hors de la chambre 4. Dans la position ouverte PO, la chambre 4 délimite un volume intérieur ouvert VO (voir ), c’est-à-dire permettant une admission fluidique dans la chambre 4, notamment de mélange gazeux 6, et un refoulement fluidique hors de la chambre 4. Dans l’exemple de la , chaque organe de fermeture 42 se présente sous la forme d’un clapet, monté pivotant de manière à ce qu’en position fermée PF, le clapet obstrue l’ouverture 40, 41 et qu’en position ouverte PO, le volume intérieur V est en communication fluidique avec le mélange gazeux 6. Il va de soi que l’organe de fermeture 42 pourrait être déplacé selon d’autres cinématiques, notamment une translation. L’organe de fermeture 42 pourrait également se présenter sous une autre forme, notamment celle d’une vanne.
Toujours en référence à la , la chambre 4 présente de préférence des dimensions réduites, légèrement supérieures à celles du capteur à étalonner 1 et du capteur à photoionisation 2. De préférence, la chambre 4 présente un volume inférieur à 10cm3. Ceci facilite l’action du dispositif d’élimination du mélange gazeux 6 dans le volume intérieur V comme ce sera décrit par la suite. Une telle chambre 4, et donc le système S, présente en outre un encombrement faible, ce qui permet son installation de manière simple et pratique dans tout type d’environnement.
Selon l’invention et en référence à la , de manière connue, le capteur à étalonner 1 comprend :
  • un élément de mesure 10 configuré pour émettre un signal électrique U1 qui est fonction de la quantité d’un (ou plusieurs) composé(s) chimique(s) prédéterminé(s) dans le volume intérieur V et
  • un élément de calcul 11 d’un premier signal physique C1 dudit composé chimique à partir dudit signal électrique U1 et d’une fonction de conversion f propre audit capteur à étalonner 1, stockée dans cet exemple dans une base de données 12, suivant la relation suivante : C1 = f(U1).
En pratique, le capteur à étalonner 1 est choisi sensible à minima au mélange gazeux 6 à mesurer, et plus précisément à au moins un composé chimique prédéterminé 60, 61 du mélange gazeux 6 (voir ), ainsi qu’à l’ozone, comme ce sera expliqué par la suite. Le capteur à étalonner 1 est ainsi configuré pour émettre un signal physique C1, telle qu’une concentration à titre d’exemple, du mélange gazeux 6 et de l’ozone présents dans le volume intérieur V de la chambre 4. Par ailleurs, le capteur à étalonner 1 est, comme son nom le suggère, sujet à la dérive, c’est-à-dire que pour un mélange gazeux 6 identique, l’élément de mesure 10 du capteur à étalonner 1 émet un signal électrique U1 différent au fur et à mesure de son utilisation. Autrement dit, la fonction de conversion f n’est plus représentative de la relation reliant le signal électrique U1 et le signal physique C1 correspondant.
De préférence, le capteur à étalonner 1 se présente sous la forme d’un capteur non sélectif, c’est-à-dire sensible à une pluralité de composés chimiques, afin que le système S soit adapté pour mesurer un large panel de mélanges gazeux 6. Un tel système S permet en outre une identification précise du mélange gazeux 6, grâce au capteur à photoionisation 2 qui est notamment configuré pour mesurer un deuxième signal physique du mélange gazeux 6, en complément du premier signal physique C1, comme ce sera décrit par la suite.
A titre d’exemple, le capteur à étalonner 1 se présente sous la forme d’un capteur semi-conducteur, également nommé « capteur MOX » ou « capteur MOS », pour lequel l’élément de mesure 10 comprend une couche d’oxyde métallique chauffée par un élément chauffant, sur laquelle viennent se fixer les composants chimique 60, 61 du mélange gazeux 6, ce phénomène étant connu sous le terme « d’adsorption ». L’élément de mesure 10 comprend en outre des électrodes de mesure configurées pour mesurer un signal électrique U1 correspondant à une conductivité électrique de la couche d’oxyde métallique. Pour un tel capteur, la dérive est notamment générée par l’obstruction progressive des pores de la couche d’oxyde métallique, qui modifie sa conductivité électrique. Alternativement, le capteur à étalonner 1 se présente sous la forme d’un capteur électrochimique. De tels capteurs sont connus en soi de l’homme du métier et ne seront pas décrits davantage.
Selon un aspect préféré, le capteur à étalonner 1 est choisi sensible aux composés organiques volatils, d’abréviation « COV », dans l’air. Par COV, on désigne à titre d’exemples les polluants émis par les moyens de transport, les imprimantes, les radiateurs, le tabagisme, la combustion de bougies ou encore les émissions émises par le mûrissement des fruits et légumes, et notamment le formaldéhyde, l’éthanol, l’acétone, l’acétaldéhyde, le benzène, le toluène et le xylène. Autrement dit, le mélange gazeux 6 à identifier se présente sous la forme de COV. Le capteur à étalonner 1 se présente ainsi sous la forme d’un capteur non sélectif à un unique composé chimique.
Selon l’invention et en référence à la , de manière connue, le capteur à photoionisation 2 comprend :
  • un émetteur 20 de rayons ultraviolets r dans le volume intérieur V, tel qu’une source lumineuse à titre d’exemple, configuré pour photoioniser un (ou plusieurs) composé(s) chimique(s) prédéterminé(s) dans le volume intérieur V,
  • un élément de mesure 21, tel que des électrodes de mesure par exemple, configuré pour émettre un signal électrique U2 qui est fonction de la quantité du composé chimique photoionisé et
  • un élément de calcul 22 d’un deuxième signal physique C2 dudit composé chimique photoionisé à partir dudit signal électrique U2.
En pratique, le capteur à photoionisation 2 est configuré pour émettre un deuxième signal physique C2 du mélange gazeux 6, telle qu’une concentration de COV par exemple, pour compléter le premier signal physique C1 mesuré par le capteur à étalonner 1. La puissance d’émission de l’émetteur 20 de rayons ultraviolets r est ainsi choisie suffisamment grande pour photoioniser le mélange gazeux 6 et suffisamment faible pour que le capteur à photoionisation 2 soit sélectif. Outre sa fonction de capteur de mesure, le capteur à photoionisation 2 est également configuré suivant une deuxième fonction (adaptée pour l’étape d’étalonnage) pour générer de l’ozone dans le volume intérieur V. Plus précisément, l’émetteur 20 est configuré pour fournir une puissance d’émission de rayons ultraviolets r de telle sorte à photoioniser le dioxygène naturellement présent en ozone. La puissance d’émission de rayons ultraviolets r adaptée pour l’étalonnage est de préférence supérieure à celle adaptée pour la mesure.
A noter que dans l’exemple de la , le système S comprend un unique capteur à étalonner 1 et un unique capteur à photoionisation 2 pour limiter l’encombrement et le coût. Il va cependant de soi que le système S pourrait comprendre une pluralité de capteurs à étalonner 1, en particulier sensibles à différents mélanges gazeux 6 pour augmenter le panel de mesure du système S. Le système S pourrait également comprendre plusieurs capteurs à photoionisation 2, notamment, pour que chaque capteur à étalonner 1 soit associé à un capteur à photoionisation 2.
Comme décrit précédemment, le système S comprend dans certaines formes de réalisation un dispositif d’élimination du mélange gazeux 6 se présentant, dans l’exemple de la , sous la forme du capteur à photoionisation 2. En effet, le capteur à photoionisation 2, et plus précisément l’émetteur 20 de rayons ultraviolets r, permet également suivant une troisième fonction d’éliminer le mélange gazeux 6 dans le volume intérieur V et ce de deux façons combinées :
  • d’une première façon « directe », en photoionisant le mélange gazeux 6, à savoir en le transformant en ions par définition, et
  • d’une deuxième façon « indirecte », en générant de l’ozone O par photoionisation du dioxygène D naturellement présent dans l’air, qui réagit par ozonolyse avec le mélange gazeux 6.
En pratique, l’ozonolyse permet d’éliminer la majeure partie du mélange gazeux 6 présent dans le volume intérieur V, à savoir environ 90% du mélange gazeux 6 présent, et la photoionisation la partie restante, ce qui permet une élimination efficace et rapide. Ainsi, le capteur à photoionisation 2 est ainsi avantageusement configuré pour remplir trois fonctions, à savoir celle de mesure du mélange gazeux 6, celle de générateur d’ozone et celle d’élimination du mélange gazeux 6, ce qui réduit avantageusement l’encombrement et le coût.
De manière alternative, le dispositif d’élimination du mélange gazeux 6 se présente sous la forme de l’organe de ventilation 5 conjointement avec un organe de filtrage 43 (voir ). L’organe de ventilation 5 est dans cette alternative de préférence monté au niveau de l’ouverture de sortie 41 et est configuré pour évacuer le mélange gazeux 6 à l’extérieur de la chambre 4. L’organe de filtrage 43 est quant à lui monté mobile au niveau de l’ouverture d’entrée 40 entre une position déployée, dans laquelle il est configuré pour filtrer le mélange gazeux 6 admis dans le volume intérieur V, et une position escamotée, dans laquelle le mélange gazeux 6 pénètre librement dans le volume intérieur V de la chambre 4, c’est-à-dire, sans filtrage. La nature de l’organe de filtrage 43 dépend du mélange gazeux 6 à mesurer. A titre d’exemple, l’organe de filtrage 43 se présente sous la forme d’un filtre chimique configuré pour réagir avec le mélange gazeux 6 ou d’un filtre physique configuré pour adsorber le mélange gazeux 6. De tels organes de filtrage 43 sont connus en soi de l’homme du métier et ne seront pas décrits davantage. Un tel dispositif d’élimination du mélange gazeux est avantageusement peu complexe et efficace, empêchant au niveau de l’ouverture d’entrée 40 l’admission du mélange gazeux 6 et favorisant au niveau de l’ouverture de sortie 41 l’évacuation du mélange gazeux 6 éventuellement rémanent du volume intérieur V.
De manière alternative, le système S est exempt de dispositif d’élimination du mélange gazeux 6, l’étalonnage étant mis en œuvre à un moment opportun où le mélange gazeux 6 n’est pas présent.
Toujours en référence à la , le dispositif de pilotage 3 se présente de préférence sous la forme d’un calculateur informatique qui comprend, de préférence, une mémoire. Le dispositif de pilotage 3 est configuré pour piloter le déplacement des organes de fermeture 42, et suivant certaines formes de réalisation le déplacement de l’organe de filtrage 43. Le dispositif de pilotage 3 est également configuré pour identifier le mélange gazeux 6 à partir des mesures des capteurs à étalonner 1 et à photoionisation 2 lors d’une étape de mesure, et lors d’une étape d’étalonnage, pour déterminer une fonction de conversion f optimisée pour le capteur à étalonner 1, comme ce sera expliqué par la suite.
Pour résumer, le système S de l’invention comprend un capteur à étalonner 1 et un capteur à photoionisation 2 positionnés dans une chambre 4, délimitant un volume ouvert ou fermé, exempt ou non d’un mélange gazeux 6 à mesurer et commandée par un dispositif de pilotage 3. Pour un gain en coût, en temps et en encombrement, le capteur à photoionisation 2 est multifonctionnel : il permet l’identification du mélange gazeux 6 en coopération avec le capteur à étalonner 1 et, lorsque le capteur 1 doit être étalonné, il forme un générateur d’ozone pour créer un milieu étalon dans la chambre 4.
On décrit par la suite le procédé d’utilisation du système S, qui permet suivant une première utilisation l’identification d’un mélange gazeux 6, ce qui correspond sur la à une étape de mesure M, et suivant une deuxième utilisation l’étalonnage du capteur à étalonner 1, ce qui correspond sur la même à une étape d’étalonnage E.
En référence à la , l’étape de mesure M et l’étape d’étalonnage E sont mises en œuvre consécutivement et non simultanément. En pratique, lors de l’utilisation du système S, l’étape de mesure M est mise en œuvre jusqu’à ce qu’un étalonnage soit requis pour le capteur à étalonner 1. A titre d’exemple, un étalonnage est requis après le constat d’une identification erronée ou imprécise du mélange gazeux 6 ou après une période d’utilisation prédéterminée à partir de laquelle le capteur à étalonner 1 est susceptible de dériver. L’étape de mesure M est alors stoppée pour débuter l’étape d’étalonnage E. Une fois l’étape d’étalonnage E terminée, c’est-à-dire une fois que le capteur 1 est étalonné, une nouvelle étape de mesure M est mise en œuvre. En pratique, le procédé d’utilisation du système S comporte ainsi une alternance d’étapes de mesure M et d’étapes d’étalonnage E.
Dans l’exemple de la , le procédé d’utilisation du système S comporte de plus une étape d’initialisation I préliminaire, qui comme ce sera décrit par la suite augmente la précision et la fiabilité de (ou des) étape(s) d’étalonnage E.
On décrit par la suite successivement une étape de mesure M, une étape d’étalonnage E et une étape d’initialisation I.
Selon l’invention et en référence aux figures 5 et 6A, lors d’une étape de mesure M :
  • le dispositif de pilotage 3 commande le déplacement MD des organes de fermeture 42 en position ouverte PO de manière à ce que la chambre 4 délimite un volume intérieur ouvert VO dans lequel pénètre le mélange gazeux 6,
  • le capteur à étalonner 1 et le capteur à phototoionisation 2 mesurent MM1, MM2 respectivement un premier signal physique de mesure C1M et un deuxième signal physique de mesure C2M du mélange gazeux 6, et
  • le dispositif de pilotage 3 identifie MS le mélange gazeux 6 à partir des signaux physiques de mesure C1M, C2M,
Lorsque le volume intérieur est ouvert VO, le mélange gazeux 6 circule au contact du capteur à étalonner 1 et du capteur à photoionisation 2, ce qui permet une mesure précise et fiable de la concentration du mélange gazeux 6 présent dans toute la chambre 4 et non localement. Dans l’exemple de la , le dispositif de pilotage 3 commande également l’activation de l’organe de ventilation 5 pour favoriser la circulation et le renouvellement du mélange gazeux 6 dans la chambre 4. On précise que chaque organe de fermeture 42 en position ouverte PO laisse circuler dans la chambre 4 le mélange gazeux 6 à identifier mais également l’air ambiant dans lequel le mélange gazeux 6 se trouve. A titre d’exemple, la chambre 4 est positionnée dans un bureau où l’occupation humaine génère des polluants dans l’air ambiant et est configurée pour admettre dans le volume intérieur ouvert VO l’air ambiant chargé en polluants, les polluants formant le mélange gazeux 6 à identifier.
De préférence, les deux signaux physiques de mesure C1M, C2M sont mesurés simultanément de manière à correspondre au même mélange gazeux 6. Les signaux physiques de mesure C1M, C2M correspondent par ailleurs de préférence à des mesures moyennées pour augmenter leur fiabilité et leur précision, mais il va de soi qu’il peut également s’agir de mesures instantanées. En référence aux figures 6B et 6C, les signaux physiques de mesure C1M, C2M sont respectivement obtenus à partir de signaux électriques U1M, U2M. De telles étapes de mesure individuelles sont connues de l’homme du métier.
En référence à la , l’identification MS du mélange gazeux 6 est mise en œuvre par comparaison des signaux physiques de mesure C1M, C2M avec une base de données de référence. L’identification est avantageusement fiable et précise, car le deuxième signal physique de mesure C2M permet de vérifier la cohérence et/ou de compléter le premier signal physique de mesure C1M. Autrement dit, le capteur à photoionisation 2 est réputé non sujet à la dérive et permet un contrôle de la mesure du capteur à étalonner 1. Une incohérence entre les deux signaux physiques de mesure C1M, C2M peut notamment révéler une dérive du capteur à étalonner 1 et donc nécessiter la mise en œuvre d’une étape d’étalonnage E.
Selon l’invention et en référence aux figures 5 et 7A, lors d’une étape d’étalonnage E :
  • le dispositif de pilotage 3 commande le déplacement ED des organes de fermeture 42 en position fermée PF de manière à ce que la chambre 4 délimite un volume intérieur fermé VF,
  • lorsque le volume intérieur fermé VF est exempt de mélange gazeux 6 et d’ozone O, le capteur à photoionisation 2 génère EG de l’ozone O dans le volume intérieur fermé VF en émettant suivant une puissance donnée Qr des rayons ultraviolets r configurés pour photoioniser le dioxygène D présent,
  • le capteur à étalonner 1 mesure EM un signal physique d’étalonnage C1E de l’ozone O généré,
  • le dispositif de pilotage 3 calcule EC l’écart ε entre le signal physique d’étalonnage C1E et un signal physique de référence C1I et
  • si l’écart ε est supérieur à un écart de référence εref, le dispositif de pilotage 3 détermine ES une fonction de conversion optimisée f* pour le capteur à étalonner 1 à partir dudit écart ε, de manière à l’étalonner.
On précise que le dioxygène D naturellement présent dans la chambre 4 provient de l’air ambiant admis au même titre que le mélange gazeux 6, en pratique avant le déplacement des organes de fermeture 42 en position fermée PF.
Dans les formes de réalisation illustrées sur les figures 7B et 7C où le système S comprend en outre un dispositif d’élimination du mélange gazeux 6, l’étape d’étalonnage comprend de plus, avant la génération EG d’ozone O, une élimination EE du mélange gazeux 6 éventuellement rémanent dans le volume intérieur V.
En pratique, le déplacement ED des organes de fermeture 42 est mis en œuvre avant ou après l’élimination EE du mélange gazeux 6 suivant les modes de réalisation de l’invention. Dans l’exemple de la où le capteur à photoionisation 2 forme le dispositif d’élimination du mélange gazeux 6, le déplacement ED des organes de fermeture 42 est mis en œuvre en premier, de manière à ce que la chambre 4 délimite un volume intérieur fermé VF étanche. Le capteur à photoionisation 2 émet ensuite des rayons ultraviolets r dans le volume intérieur fermé VF afin de photoioniser tout le mélange gazeux 6 éventuellement présent.
Dans l’exemple de la où l’organe de filtrage 43 et l’organe de ventilation 5 forment conjointement le dispositif d’élimination du mélange gazeux 6, l’élimination EE du mélange gazeux 6 est mise en œuvre dans le volume intérieur ouvert VO. Pour cela, le dispositif de pilotage 3 déplace l’organe de filtrage 43 en position déployée de manière à empêcher l’admission du mélange gazeux 6 au niveau de l’ouverture d’entrée 40. Le dispositif de pilotage 3 commande également l’activation de l’organe de ventilation 5 afin d’évacuer le mélange gazeux 6 éventuellement rémanent dans le volume intérieur V à l’extérieur de la chambre 4. Une fois le mélange gazeux 6 éliminé EE dans la chambre 4, le dispositif de pilotage 3 déplace les organes de fermeture 42 en position fermée PF.
De préférence et comme illustré sur les figures 7A à 7C, l’élimination EE du mélange gazeux 6 est contrôlée par le capteur à photoionisation 2 par la mesure d’un signal physique de contrôle C2E du mélange gazeux 6 dans le volume intérieur. Si le signal physique de contrôle C2E correspond à une concentration sensiblement nulle de mélange gazeux 6, l’étape d’étalonnage E est poursuivie. Autrement, l’élimination EE est réitérée jusqu’à ce que la chambre 4 soit exempte de mélange gazeux 6. On précise que l’élimination EE ne permet pas de faire le vide dans la chambre 4 mais uniquement de retirer le mélange gazeux 6 à identifier, l’air ambiant étant toujours présent.
Alternativement, l’étape d’étalonnage E est exempte d’élimination EE du mélange gazeux 6 et est mise en œuvre à un moment opportun, lorsque le mélange gazeux 6 à identifier n’est pas présent dans le volume intérieur V. Dans l’exemple d’une chambre 4 montée dans un bureau dont l’occupation génère des polluants dans l’air ambiant, l’étape d’étalonnage E est ainsi de préférence mise en œuvre lorsque l’occupation est faible ou nulle. Autrement dit, l’étape d’étalonnage E est préférentiellement mise en œuvre lorsque l’air ambiant admis dans la chambre 4 est faiblement chargé ou non chargé en mélange gazeux 6 à identifier. Un tel moment opportun est déterminé à titre d’exemples grâce à l’historique des mesures du capteur à étalonner 1 et du capteur à photoionisation 2.
En référence à la , la génération EG d’ozone O est mise en œuvre dans un volume intérieur fermé VF via une émission de rayons ultraviolets r suivant une puissance donnée Qr choisie. La génération EG d’ozone O permet ainsi de créer un milieu étalon connu dans la chambre 4, c’est-à-dire de concentration d’ozone O connue, via la puissance d’émission Qr, et de concentration en mélange gazeux 6 connue, à savoir sensiblement nulle. En pratique, pour que le volume intérieur fermé VF forme un milieu étalon connu, celui-ci doit, avant la mise en œuvre de la génération EG d’ozone O, être exempt de mélange gazeux 6 et d’ozone O. Pour le mélange gazeux 6, ceci est opéré par l’élimination EE préliminaire ou le choix d’un moment opportun pour l’étalonnage. La génération EG d’ozone O est de plus opérée de préférence après un temps d’attente pour que l’ozone O éventuellement rémanent dans le volume intérieur fermé VF se décompose spontanément au contact des parois de la chambre 4.
En référence à la , le signal physique d’étalonnage C1E mesuré par le capteur à étalonner 1 dans un tel milieu étalon correspond uniquement à l’ozone O présent dans le volume intérieur fermé VF et dont la concentration est connue. En référence à la , le dispositif de pilotage 3 peut ainsi calculer la potentielle dérive du capteur à étalonner 1 en comparant le signal physique d’étalonnage C1E avec un signal physique de référence C1I de l’ozone O présent dans la même concentration. Dans l’exemple de la , l’écart ε est obtenu de la manière suivante : ε = |C1E-C1I|/C1I. L’écart de référence εref est de préférence choisi compris entre 1% et 10%, préférentiellement de l’ordre de 5%, afin de corriger toute dérive significative du capteur à étalonner 1. Dans le cas d’une dérive, la fonction de conversion optimisée f* est calculée de la manière suivante : f*(U1E) = C1I.
De préférence, le signal physique de référence C1I est déterminé lors de l’étape d’initialisation I préliminaire du procédé d’utilisation du système S. En référence à la , lors d’une telle étape d’initialisation I, le capteur à étalonner 1 est réputé valide et :
  • le dispositif de pilotage 3 commande le déplacement ID de l’organe de fermeture 42 en position fermée PF de manière à ce que la chambre 4 délimite un volume intérieur fermé VF,
  • lorsque le volume intérieur fermé VF est exempt de mélange gazeux 6 et d’ozone O, le capteur à photoionisation 2 génère IG de l’ozone O dans le volume intérieur fermé VF en émettant suivant ladite puissance donnée Qr des rayons ultraviolets r configurés pour photoioniser le dioxygène D présent et
  • le capteur à étalonner 1 mesure IM ledit signal physique de référence C1I de l’ozone O généré.
De manière analogue à l’étape d’étalonnage E, dans les formes de réalisation illustrées sur les figures 7B et 7C où le système S comprend en outre un dispositif d’élimination du mélange gazeux 6, l’étape d’initialisation I comprend de plus, avant la génération IG d’ozone O, une élimination IE du mélange gazeux 6 éventuellement rémanent dans le volume intérieur V.
On notera les similarités entre l’étape d’initialisation I et les quatre premières actions de l’étape d’étalonnage E. L’étape d’initialisation I ne sera ainsi pas plus décrite, chacune de ses actions étant décrite par l’action du même nom de l’étape d’étalonnage E à laquelle on se réfèrera. Une telle étape d’initialisation I permet avantageusement un étalonnage précis et fiable du capteur à étalonner 1. En effet, le signal physique de référence C1I est mesuré dans le même milieu étalon que le signal physique d’étalonnage C1E et avec le même moyen de mesure, à savoir le capteur à étalonner 1. Toutefois lors de l’étape d’initialisation I, le capteur à étalonner 1 est supposé étalonné contrairement à l’étape d’étalonnage E. L’étape d’initialisation I est ainsi de préférence mise en œuvre avant la première étape de mesure M. Il va cependant de soi que le signal physique de référence C1I peut être obtenu de manière différente, notamment grâce à une base de données.
On notera également que dans le cas d’une chambre 4 comprenant plusieurs capteurs à étalonner 1, un unique capteur à étalonner 1 est étalonné lors d’une étape d’étalonnage E et/ou lors d’une étape d’initialisation I. Ceci permet d’éviter de modifier le milieu étalon et de garantir la fiabilité et la précision de l’étalonnage. L’étape de mesure M peut quant à elle être mise en œuvre par un ou plusieurs capteurs à étalonner 1 simultanément, pour augmenter la précision et la fiabilité de l’identification du mélange gazeux 6.
Pour résumer, lors d’une étape de mesure M au moyen du système S, le capteur à étalonner 1 et le capteur à photoionisation 2 mesurent chacun un signal physique de mesure C1M, C2M du mélange gazeux 6 dans le volume intérieur ouvert VO, ce qui permet au dispositif de pilotage 3 de discriminer le mélange gazeux 6. Lorsqu’un étalonnage E est requis, la chambre 4 forme un milieu étalon connu dans lequel le capteur à étalonner 1 mesure un signal physique d’étalonnage C1E qui, par comparaison avec un signal physique de référence C1I, permet de corriger la potentielle dérive du capteur à étalonner 1. Le capteur à photoionisation 2, permet par ozonolyse et photoionisation du mélange gazeux 6 éventuellement rémanent dans la chambre 4 et du dioxygène présent, d’éliminer le mélange gazeux 6 et de générer de l’ozone O. Alternativement, l’élimination du mélange gazeux 6 est mise en œuvre conjointement par un organe de filtrage 43 et un organe de ventilation 5.
Selon un aspect préféré de l’invention, les signaux physiques C1, C2 du capteur à étalonner 1 et du capteur à photoionisation 2 se présentent sous la forme de concentrations du mélange gazeux 6 dans la chambre 4. Autrement dit, le premier signal physique de mesure C1M et le deuxième signal physique de mesure C2M se présentent de préférence respectivement sous la forme d’une première concentration de mesure et d’une deuxième concentration de mesure du mélange gazeux 6 dans la chambre 4. Le signal physique d’étalonnage C1E et le signal physique de référence C1I de l’ozone O dans la chambre 4 se présentent de préférence respectivement sous la forme d’une concentration d’étalonnage d’ozone et d’une concentration d’ozone de référence.

Claims (10)

  1. Procédé d’utilisation d’un système de captation chimique à étalonnage intégré (S) pour la mesure d’un mélange gazeux (6), ledit système (S) comprenant :
    • une chambre (4) délimitant un volume intérieur (V) et comprenant au moins une ouverture (40, 41) de mise en communication fluidique du mélange gazeux (6) et du volume intérieur (V) et au moins un organe de fermeture (42) de ladite ouverture (40, 41) monté mobile entre une position fermée (PF) délimitant un volume intérieur fermé (VF) et une position ouverte (PO) délimitant un volume intérieur ouvert (VO),
    • au moins un capteur chimique, dit capteur à étalonner (1), positionné dans le volume intérieur (V) de la chambre (4) et comprenant un élément de mesure (10) configuré pour émettre un signal électrique (U1) qui est fonction de la quantité d’au moins un composé chimique prédéterminé (60, 61, O) dans le volume intérieur (V), ledit capteur à étalonner (1) comprenant un élément de calcul (11) d’un premier signal physique (C1) dudit composé chimique (60, 61, O) à partir dudit signal électrique (U1) et d’une fonction de conversion (f) propre audit capteur à étalonner (1) suivant la relation suivante : C1 = f(U1),
    • au moins un capteur à photoionisation (2) positionné dans le volume intérieur (V), réputé non sujet à la dérive, et configuré, d’une part, pour émettre des rayons ultraviolets (r) de manière à photoioniser au moins un composé chimique prédéterminé (61, D) dans le volume intérieur (V), et d’autre part, pour déterminer un deuxième signal physique (C2) qui est fonction de la quantité dudit composé chimique (61) photoionisé, et
    • au moins un dispositif de pilotage (3),
    • procédé dans lequel, lors d’au moins une étape de mesure (M) :  
      • le dispositif de pilotage (3) commande le déplacement (MD) de l’organe de fermeture (42) en position ouverte (PO) de manière à ce que la chambre (4) délimite un volume intérieur ouvert (VO) dans lequel pénètre le mélange gazeux (6),
      • le capteur à étalonner (1) et le capteur à phototoionisation (2) mesurent (MM1, MM2) respectivement au moins un premier signal physique de mesure (C1M) et au moins un deuxième signal physique de mesure (C2M) du mélange gazeux (6), et
      • le dispositif de pilotage (3) identifie (MS) le mélange gazeux (6) à partir des signaux physiques de mesure (C1M, C2M),
    • procédé caractérisé par le fait qu e lors d’au moins une étape d’étalonnage (E) :
      • le dispositif de pilotage (3) commande le déplacement (ED) de l’organe de fermeture (42) en position fermée (PF) de manière à ce que la chambre (4) délimite un volume intérieur fermé (VF),
      • lorsque le volume intérieur fermé (VF) est exempt de mélange gazeux (6) et d’ozone (O), le capteur à photoionisation (2) génère (EG) de l’ozone (O) dans le volume intérieur fermé (VF) en émettant suivant une puissance donnée (Qr) des rayons ultraviolets (r) configurés pour photoioniser le dioxygène (D) présent,
      • le capteur à étalonner (1) mesure (EM) un signal physique d’étalonnage (C1E) de l’ozone (O) généré,
      • le dispositif de pilotage (3) calcule (EC) l’écart (ε) entre le signal physique d’étalonnage (C1E) et un signal physique de référence (C1I), fonction de la puissance donnée (Qr) du capteur à photoionisation (2), et
      • si l’écart (ε) est supérieur à un écart de référence (εref), le dispositif de pilotage (3) détermine (ES) une fonction de conversion optimisée (f*) pour le capteur à étalonner (1) à partir dudit écart (ε), de manière à l’étalonner.
  2. Procédé d’utilisation selon la revendication 1, dans lequel lors de l’étape d’étalonnage (E), le système (S) comprenant au moins un dispositif d’élimination du mélange gazeux (6) dans le volume intérieur (V), le dispositif d’élimination élimine (EE) le mélange gazeux (6) éventuellement rémanent dans le volume intérieur (V) avant la génération (EG) d’ozone (O).
  3. Procédé d’utilisation selon la revendication 2, dans lequel, la chambre (4) comprenant au moins une ouverture d’entrée (40) et au moins une ouverture de sortie (41), le système de captation (S) comprenant au moins un organe de ventilation (5) monté dans la chambre (4), de préférence au niveau de l’ouverture de sortie (41), et au moins un organe de filtrage (43) du mélange gazeux (6) monté mobile au niveau de l’ouverture d’entrée (40) entre une position déployée et une position escamotée et formant avec l’organe de ventilation (5) le dispositif d’élimination du mélange gazeux (6), l’élimination (EE) du mélange gazeux (6) lors de l’étape d’étalonnage (EE) est mise en œuvre dans le volume intérieur ouvert (VO) par le dispositif de pilotage (3) en commandant conjointement le déplacement de l’organe de filtrage (43) en position déployée (PD) et l’activation de l’organe de ventilation (5), de manière à éviter l’admission de mélange gazeux (6) dans le volume intérieur ouvert (VO) et à évacuer le mélange gazeux (6) éventuellement rémanent hors du volume intérieur ouvert (VO).
  4. Procédé d’utilisation selon la revendication 2, dans lequel, le capteur à photoionisation (2) formant le dispositif d’élimination du mélange gazeux (6), l’élimination (EE) du mélange gazeux (6) lors de l’étape d’étalonnage (EE) est mise en œuvre dans le volume intérieur fermé (VF) par le capteur à photoionisation (2) en émettant des rayons ultraviolets (r) configurés, d’une part, pour générer de l’ozone (O) par photoionisation du dioxygène (D) présent afin de réagir par ozonolyse avec le mélange gazeux (6) éventuellement rémanent dans le volume intérieur fermé (VF), et d’autre part pour photoioniser ledit mélange gazeux (6).
  5. Procédé d’utilisation selon l’une des revendications 1 à 4, dans lequel, lors de l’étape de mesure (M), le premier signal physique de mesure (C1M) et le deuxième signal physique de mesure (C2M) sont mesurés simultanément.
  6. Procédé d’utilisation selon l’une des revendications 1 à 5, dans lequel, lors d’au moins une étape d’initialisation (I) :
    • le dispositif de pilotage (3) commande le déplacement (ID) de l’organe de fermeture (42) en position fermée (PF) de manière à ce que la chambre (4) délimite un volume intérieur fermé (VF),
    • lorsque le volume intérieur fermé (VF) est exempt de mélange gazeux (6) et d’ozone (O), le capteur à photoionisation (2) génère (IG) de l’ozone (O) dans le volume intérieur fermé (VF) en émettant suivant ladite puissance donnée (Qr) des rayons ultraviolets (r) configurés pour photoioniser le dioxygène (D) présent et
    • le capteur à étalonner (1) mesure (IM) ledit signal physique de référence (C1I) de l’ozone (O) généré.
  7. Système de captation chimique à étalonnage intégré (S) pour la mesure d’un mélange gazeux (6), ledit système (S) comprenant :
    • une chambre (4) délimitant un volume intérieur (V) et comprenant au moins une ouverture (40, 41) de mise en communication fluidique du mélange gazeux (6) et du volume intérieur (V) et au moins un organe de fermeture (42) de ladite ouverture (40, 41) monté mobile entre une position fermée (PF) délimitant un volume intérieur fermé (VF) et une position ouverte (PO) délimitant un volume intérieur ouvert (VO),
    • au moins un capteur chimique, dit capteur à étalonner (1), positionné dans le volume intérieur (V) de la chambre (4) et comprenant un élément de mesure (10) configuré pour émettre un signal électrique (U1) qui est fonction de la quantité d’au moins un composé chimique prédéterminé (60, 61, O) dans le volume intérieur (V), ledit capteur à étalonner (1) comprenant un élément de calcul (11) d’un premier signal physique (C1) dudit composé chimique (60, 61, O) à partir dudit signal électrique (U1) et d’une fonction de conversion (f) propre audit capteur à étalonner (1) suivant la relation suivante : C1 = f(U1), ledit capteur à étalonner (1) étant en particulier configuré pour déterminer, respectivement lors d’une étape de mesure (M) et lors d’une étape d’étalonnage (E) du procédé d’utilisation selon l’une des revendications 1 à 6, un premier signal physique de mesure (C1M) du mélange gazeux (6) dans le volume intérieur ouvert (VO) et un signal physique d’étalonnage (C1E) de l’ozone (O) dans le volume intérieur fermé (VF),
    • au moins un capteur à photoionisation (2) positionné dans le volume intérieur (V) et configuré, d’une part, pour émettre des rayons ultraviolets (r) de manière à photoioniser au moins un composé chimique prédéterminé (61, D) dans le volume intérieur (V), et d’autre part, pour déterminer un deuxième signal physique (C2) qui est fonction de la quantité dudit composé chimique (61) photoionisé, ledit capteur à photoionisation (2) étant en particulier configuré, lors de l’étape de mesure (M), pour déterminer un deuxième signal physique de mesure (C2M) du mélange gazeux (6) dans le volume intérieur ouvert (VO) et, lors de l’étape d’étalonnage (E), pour émettre des rayons ultraviolets (r) suivant une puissance donnée (Qr) pour photoioniser le dioxygène (D) en ozone (O) dans le volume intérieur fermé (VF), et
    • au moins un dispositif de pilotage (3) configuré pour commander le déplacement de l’organe de fermeture (42) en position ouverte (PO) lors de l’étape de mesure (M), de manière à ce que la chambre (4) délimite un volume intérieur ouvert (VO), et en position fermée (PF) lors de l’étape d’étalonnage (E), de manière à ce que la chambre (4) délimite un volume intérieur fermé (VF), ledit dispositif de pilotage (3) étant configuré :
      • lors de l’étape de mesure (M), pour identifier le mélange gazeux (6) à partir du premier et du deuxième signal physique de mesure (C1M, C2M) et,
      • lors de l’étape d’étalonnage (E), pour calculer l’écart (ε) entre le signal physique d’étalonnage (C1E) et un signal physique de référence (C1I), fonction de la puissance donnée (Qr) du capteur à photoionisation (2), et, si l’écart (ε) est supérieur à un écart de référence (εref), déterminer une fonction de conversion optimisée (f*) pour le capteur à étalonner (1), de manière à l’étalonner.
  8. Système de captation chimique (S) selon la revendication 7, dans lequel la chambre (4) comprend au moins une ouverture d’entrée (40), au moins une ouverture de sortie (41) et au moins un organe de fermeture (42) de l’ouverture d’entrée (40) et de l’ouverture de sortie (41), afin de faciliter la circulation du mélange gazeux (6) dans le volume intérieur ouvert (VO).
  9. Système de captation chimique (S) selon l’une des revendications 7 et 8, comprenant au moins un organe de ventilation (5) monté dans la chambre (4), de préférence au niveau de l’ouverture de sortie (41), pour favoriser le renouvellement du mélange gazeux (6) dans le volume intérieur ouvert (VO).
  10. Système de captation chimique (S) selon l’une des revendications 7 à 9, dans lequel le capteur à étalonner (1) se présente sous la forme d’un capteur semi-conducteur ou d’un capteur électrochimique.
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